本发明涉及电力系统灵活性调度，具体涉及一种考虑需求响应的碳捕集-风光火蓄联合系统的两阶段调度方法。
背景技术：
1、随着电力系统低碳化进程的推进，风光机组越来越多地并入电网，由于风光出力的波动性与不确定性，对系统应对所需要的灵活性调节能力提出了更高的要求。同时，相比于传统火电机组拥有更好低碳性能的碳捕集机组也逐渐被用于电力系统之中。抽水蓄能机组作为一种良好的灵活性调度资源，可以通过改变自身工作状态来协调配合出力，从而增强系统的风光消纳水平。
2、需求响应作为一种负荷侧的调节手段，通过合理调节负荷来促进风光消纳，降低碳排放。现有的调度策略大多是考虑上述三者中两两联合运行，少有文献研究三者的联合运行。目前大量文献对于灵活性的研究集中于灵活性资源的供给与系统的灵活性需求是否平衡，考虑线路传输能力是否满足系统灵活性需求的文献较少。根据已有文献得出的结论，当线路传输能力不足时，会导致无法只根据资源的灵活性供需平衡得到的方案来进行调度，可能会导致弃风弃光或切负荷现象的产生。
3、随着电力系统低碳化进程的推进，风光机组在系统中的占比越来越大，而其自身的不确定性与波动性也为系统调度灵活性带来了挑战。当前少有文献考虑线路传输能力对灵活性调度的影响。因此，需要一种考虑线路传输灵活性，且能联合源荷两侧灵活性资源的调度方案。
技术实现思路
1、针对电力系统中风光出力波动性带来的调度问题，同时能够更好地实现低碳目标。本发明提出一种考虑需求响应的碳捕集-风光火蓄联合系统的两阶段调度方法，该方法根据需求响应的运行机制，提出两阶段低碳灵活调度方法；第一阶段，利用pdr对负荷曲线进行优化；第二阶段，利用得到的结果，通过碳捕集机组和抽水蓄能，以及idr三者的联合运行，并考虑线路传输灵活性约束得到调度方案。最后在matlab中利用cplex进行仿真求解。结果表明，与现有文献中提出的调度方案相比，本发明提出的两阶段低碳灵活调度方法所得到的调度结果，在减少经济成本的同时，保证一定灵活性的同时，提高经济性，减少碳排放，提高风光消纳率。
2、本发明采取的技术方案为：
3、考虑需求响应的碳捕集-风光火蓄联合系统的两阶段调度方法，其特征在于包括以下步骤：
4、步骤一：分析碳捕集机组、抽水蓄能机组以及需求响应联合运行时在负荷高峰与低谷时段的运行特性；
5、步骤二：在考虑线路对灵活性调度约束的基础上，提出两阶段低碳灵活调度方法：
6、第一阶段，通过负荷预测、光伏风电出力预测结果，结合分时电价的设置，利用价格型需求响应pdr来使得各时段系统的净负荷波动最小化，得到价格型需求响应pdr优化后的负荷曲线；
7、第二阶段，利用第一阶段得到的pdr优化后的负荷，结合碳捕集机组、抽水蓄能机组、激励性需求响应idr，同时考虑线路传输灵活性约束，得到最优成本下的调度方案。
8、所述步骤一中，电源侧，碳捕集电厂采用综合灵活运行方式运行，在负荷高峰期时，减小碳捕集运行能耗，提高电厂的净出力；在负荷低谷期时，增大碳捕集能耗，进一步减少co2的排放量。抽水蓄能机组可根据实时要求进行发电或抽水，因此其具有很好的灵活性调度能力。负荷侧，价格型需求响应(pdr)通过对分时电价的调节，一定程度上引导用户的用电行为，减小负荷峰值，增大负荷谷值，从而更好地平衡各时段净负荷的波动，减轻系统内各机组的调度压力。激励性需求响应(idr)则通过与用户签订协议，在特定时段削减负荷，同时给予用户一定补偿，以此缓解调度压力。
9、考虑上述碳捕集机组、抽水蓄能机组以及需求响应的运行特性，对碳捕集机组、抽水蓄能机组以及需求响应联合运行的系统进行分析，以考虑需求响应和不考虑需求响应两种情况作对比，对净负荷高峰和低谷两个时段的运行机理进行分析。
10、所述步骤一中，综合灵活运行的碳捕集机组的净出力分析如下：
11、碳捕集电厂的净出力等于总出力减去总的碳捕集能耗，而碳捕集电厂的能耗由固定能耗和运行能耗两部分组成，运行能耗与碳捕集机组的运行状态有关，而固定能耗是碳捕集电厂自身产生的能量损耗，与运行状态无关。碳捕集电厂的功率关系如式(1)所示：
12、
13、式(1)中：pg表示碳捕集电厂的总出力；pn表示碳捕集电厂的净出力；po表示碳捕集电厂的运行能耗；pf表示碳捕集电厂的固定能耗；λc表示碳捕集电厂捕捉单位co2所需能耗；ee表示电厂产生co2的总质量；γc表示压缩机和再生塔的最大工作状态系数；pgmax表示碳捕集电厂的最大出力；表示碳捕集电厂捕获co2的质量；βc表示碳捕集电厂的碳捕集效率；δc表示碳捕集电厂的烟气分流比；ec为碳排放强度；为碳捕集电厂溶液存储器中待捕集的co2质量。
14、根据式(1)可以得出碳捕集电厂的最小、最大净出力表达式如式(2)所示：
15、
16、式(2)中：pomax表示碳捕集电厂最大的运行能耗；pgmax和pgmin分别表示碳捕集电厂的最大出力和最小出力；pf表示碳捕集电厂的固定能耗；pnmax和pnmin分别表示碳捕集电厂的最大出力和最小出力。
17、碳捕集电厂的最大运行能耗计算如式(3)所示:
18、pomax＝γcecβcpgmax(3)；
19、式(3)中：βc表示碳捕集电厂的的碳捕集效率。
20、所述步骤一中，价格型需求响应pdr作为一种负荷侧的调节手段，通过采用分时电价的策略来引导用户的用电行为，减小负荷的波动，一方面在一定程度上减小负荷波峰值，提高系统的低碳经济运行，另一方面增大负荷波谷值，更好地提升系统新能源消纳能力。各时段电价与负荷变化量的关系式用式(4)表示：
21、
22、式(4)中：λp、λg、λf分别为平段、波谷和波峰时段的负荷变化率；dp、dg、df分别为平段、波谷和波峰时段的分时电价；e为pdr的需求弹性矩阵。
23、步骤一中，综合需求响应idr则是由电力公司与具有调节能力的用户签订协议，在特定时段对负荷进行削减，用户则可得到一定补偿，因此idr可作为一种调度资源。
24、所述步骤一中，抽水蓄能作为良好的灵活性资源，能够较高地完成削峰填谷的任务，其在运行过程中有两种工作状态，需要满足工况转换约束如式(5)所示：
25、
26、式(5)中：t为时刻；为t时刻抽水蓄能机组的运行状态变量，若处于抽水工况，则为1，为0；若处于发电工况，则为0，为1；为t-1时刻抽水蓄能机组的运行状态变量；t为调度周期，取24。
27、抽水蓄能在两种工况下都需要满足抽发功率约束和水库容量约束，如式(6)所示：
28、
29、式(6)中：t为时刻；pse,t为抽水蓄能机组t时刻的抽发功率；ppsmax为抽水蓄能机组的最大功率；为t时刻上水库的水容量；为t-1时刻上水库的水容量；分别为上水库的初始水容量和调度结束时的水容量；ηpsc、ηpsg分别为抽水蓄能机组的抽水状态下的水量转换系数和发电状态下的电量转换系数；ppsc,t、ppsg,t分别为抽水蓄能机组t时刻的抽水和发电功率；分别为上水库的最小、最大水容量。
30、所述步骤一中，碳捕集机组、抽水蓄能机组以及需求响应三者联合运行的运行特性分析如下：
31、在电源侧，抽水蓄能机组和碳捕集机组两者联合运行，在负荷高峰时通过减小碳捕集机组能耗来增大机组的净出力，利用抽水蓄能机组发电，尽可能多地消纳新能源出力、减小火电机组的出力从而减少碳排放；在负荷低谷时通过增大碳捕集机组的碳捕集能耗从而减少碳捕集机组的碳排放，利用抽抽水蓄能机组抽水，对负荷进行填谷，促进新能源的消纳，减少弃风弃光的产生；
32、在负荷侧，通过价格型需求响应pdr将一部分高峰时段的负荷转移到低谷时段，避免负荷曲线出现较大波动，一方面减少因需要大量火电机组出力而采用碳排放强度大且价格昂贵的火电机组的情况的出现，另一方面也可提高在用电低谷时段新能源的出力，尽可能防止因负荷需求低，导致弃风弃光的产生。
33、所述步骤二中，节点灵活性需求主要来源于净负荷的波动和风光、负荷的预测误差。各时刻节点的净负荷和灵活性需求，如式(7)所示：
34、
35、式(7)中：fde,i,t为t时刻节点i的灵活性需求；pd,i,t为t时刻节点i的负荷预测值；pnet,i,t为t时刻节点i的净负荷需求；pwpre,i,t、pvpre,i,t分别为t时刻节点i的风电和光伏预测出力；△pl,i,t、△pwpre,i,t、△pvpre,i,t分别为t时刻节点i负荷与风光出力的预测误差；△pnet,i,t为t时刻节点i净负荷的误差；pnet,i,t+1为t+1时刻节点i的净负荷需求。
36、节点灵活性需求具有方向性，通过式(7)求出的各节点的净负荷需求，可求出对应节点的向上、向下灵活性需求，如式(8)和式(9)所示：
37、
38、式(8)、式(9)中：分别为t时刻节点i的向上、向下灵活性需求；fde,i,t为t时刻节点i的灵活性需求。
39、通过式(8)和式(9)得到的各节点灵活性需求，利用功率传输分布因子(ptdf)得出每条线路的线路灵活性传输功率需求，计算过程如式(10)所示：
40、
41、式(10)中：分别为t时刻线路l的灵活性向上和向下传输需求；gi,l为节点i对线路l的功率传输分布因子；分别为t时刻节点i的向上和向下灵活性需求；∑表示求和符号；l为总线路数。
42、所述步骤二中，两阶段低碳灵活调度方法如下：
43、第一阶段，考虑利用pdr对负荷预测和风光出力预测结果进行处理，得到优化的负荷曲线。其目的是为了减少相邻时段净负荷的差值，减少负荷的峰谷差，缓解机组的调度压力。以最小净负荷平方差为目标函数1，如式(11)所示：
44、
45、式(11)中：f1为目标函数1；t为时刻；pnet,t为t时刻的净负荷；pnet,t+1为t+1时刻的净负荷；∑(·)为求和函数；min(·)为最小值函数。
46、第二阶段，以目标函数2为总成本最小，求得最优的调度方案。
47、目标函数2如式(12)所示：
48、f2＝min(cm+cg+cr+cq+cs+cidr) (12)；
49、式(12)中：f2表示目标函数2；cm表示火电机组的煤耗成本；cg表示火电机组的启停成本；cr表示碳捕集机组的溶液损耗成本；cq表示弃风弃光惩罚成本；cs表示抽水蓄能机组的运行成本；cidr表示idr的调用成本；min(·)表示最小值函数。
50、步骤二中，价格型需求响应pdr前后的总负荷保持不变,如式(13)所示：
51、
52、式(13)中：pl,t、plpdr,t分别为t时刻系统的pdr前的负荷和pdr后的负荷；
53、步骤二中，用户满意度约束，如式(14)和(15)所示：
54、
55、式(14)中：为用电方式满意度最小值。
56、
57、式(15)中：pl,t、plpdr,t分别为t时刻系统pdr前的负荷和pdr后的负荷；为用电支出满意度最小值；dt、dpdr,t分别为t时刻pdr前的电价和pdr后的电价。
58、步骤二中，火电机组的煤耗成本cm，如式(16)所示：
59、
60、式(16)中：cm为火电机组的煤耗成本；ai、bi、ci分别为第i个火电厂的煤耗系数；pgi,t为第i个火电厂t时刻的总出力；ng为常规火电厂的个数；ng为常规火电厂的个数。
61、火电机组的启停成本cg，如式(17)所示：
62、
63、式(17)中：cg为火电机组的启停成本；hui、hdi分别为第i个火电机组的启停成本；ugi,t为第i个火电机组t时刻的运行状态变量，为1时，代表此时机组运行；为0时，代表此时机组停止运行；ugi,t-1第i个火电机组t-1时刻的运行状态变量。
64、碳捕集电厂溶液损耗成本cr，如式(18)所示：
65、cr＝qrψecap,t (18)；
66、式(18)中：t为时刻；cr为碳捕集电厂溶液损耗成本；qr为碳捕集机组存储器溶液的成本系数；ψ为溶液损耗系数；ecap,t为碳捕集机组t时刻捕获的co2质量。
67、弃风弃光惩罚成本cq，如式(19)所示：
68、
69、式(19)中：cq为弃风弃光惩罚成本；kcur为弃风弃光惩罚系数；pwcur、pvcur分别为t时刻的弃风量和弃光量。
70、抽水蓄能机组的运行成本cs，如式(20)所示：
71、
72、式(20)中：cs为抽水蓄能机组的运行成本；kpsg、kpsc分别为抽水蓄能机组发电和抽水的启停成本；分别为t时刻抽水蓄能机组抽水和发电状态变量；分别为t-1时刻抽水蓄能机组抽水和发电状态变量。
73、idr调用成本cidr，如式(21)所示：
74、
75、式(21)中：cidr为idr调用成本；pidr,t为t时刻系统idr削减的负荷；kidr为idr的调用成本系数。
76、步骤二中，常规火电机组需要满足出力约束，如式(22)所示：
77、ugi,tpgmin,i≤pgi,t≤ugi,tpgmax,i (22)；
78、式(22)中：ugi,t为第i个火电机组t时刻的运行状态变量，为1时，代表此时机组运行；为0时，代表此时机组停止运行；pgmin,i、pgmax,i分别为第i个火电机组t时刻的最小出力和最大出力；pgi,t为第i个火电机组t时刻的出力。
79、常规火电机组需要满足爬坡约束，如式(23)所示：
80、
81、式(23)中：pgi,t为第i个火电机组t时刻的出力；ugi,t为第i个火电机组t时刻的运行状态变量，为1时，代表此时机组运行；为0时，代表此时机组停止运行；pgu,i、pgd,i分别为第i个火电机组的向上和向下爬坡功率；pgi,t-1为第i个火电机组t-1时刻的出力；ugi,t-1第i个火电机组t-1时刻的运行状态变量。
82、将从溶液存储器中所提取的co2存储到醇胺溶液中，通过式(24)来描述co2质量和溶液体积之间的关系：
83、
84、式(24)中：vci,t为第j个碳捕集电厂装设的存储器t时刻释放co2所消耗的溶液体积；θ为从富液溶液到贫液溶液过程中的减少的co2量；εr为存储器中溶液的浓度；为第i个碳捕集电厂t时刻储液罐提供co2的质量；ρr为存储器中溶液的浓度；mmea、分别为mea和co2的摩尔质量。
85、碳捕集机组在运行时还需要考虑存储器中剩余溶液的体积，其约束如式(25)所示：
86、
87、式(25)中：vpj,t、vfj,t分别为第j个碳捕集电厂的溶液存储器中t时刻贫液溶液、富液溶液的剩余体积；vsmax,j为第j个碳捕集电厂中溶液存储器的最大容量；vcj,t为第j个碳捕集电厂装设的存储器t时刻释放co2所消耗的溶液体积；vpj,t-1、vfj,t-1分别为第j个碳捕集电厂t-1时刻贫液罐和富液罐中溶液的剩余体积。
88、碳捕集电厂根据式(25)的约束运行时，为了使系统能够正常调度，溶液的体积还应满足式(26)：
89、
90、式(26)中：vpj,0、vpj,24分别为第j个碳捕集电厂中贫液罐的初始体积和调度结束时的剩余体积；vfj,0、vpj,24分别为第j个碳捕集电厂中富液罐的初始体积和调度结束时的剩余体积。
91、步骤二中，整个系统运行时需要满足机组出力功率平衡约束，如式(27)所示：
92、
93、式(27)中：plpdr,t为t时刻系统pdr后的负荷；pw,t、pv,t分别为t时刻风电出力和光伏出力；pgi,t为第i个火电机组的出力；pn,t为碳捕集电厂的净出力；pidr,t为t时刻系统idr削减的负荷；pse,t为t时刻抽水蓄能机组的抽发功率；ng为常规火电厂的个数。
94、直流潮流是指在电力系统中，通过直流潮流方程来计算节点之间的功率流动，已实现系统平衡和稳定运行。通过式(28)来进行约束：
95、
96、式(28)中：ng、nl分别为发电机节点数量和负荷节点数量；pi,t、pd,t分别为t时刻节点i处发电机的出力和节点j的负荷需求；pl,s,t为t时刻线路s的潮流功率；plmax,s为线路s的最大传输功率；gx-i、gx-j分别为发电机节点i和负荷节点j对线路x的功率传输分布因子。步骤二中，考虑线路传输能力对系统灵活性调度的影响，是通过线路的传输容量是否满足各节点的灵活性需求映射到各条支路上的需求之和来进行判断的。探讨灵活性需求时，一般分为向上和向下两个方向，线路的传输灵活性约束如式(29)所示：
97、
98、式(29)中：pr{·}为某件事件发生的概率；与分别为t时刻线路s的向下和向上传输灵活性裕量；与分别为t时刻系统的向下和向上资源灵活性裕量；为线路传输灵活性约束的置信水平。
99、当线路潮流方向与线路传输灵活性需求方向两者相反时，上式(29)中分别如式(30)所示：
100、
101、式(30)中：|·|为绝对值函数；与分别为t时刻线路s的向下和向上传输灵活性裕量；pl,s,t为t时刻线路s的潮流功率；plmax,s为线路s的最大传输功率；分别为t时刻线路s的灵活性向上和向下传输需求。
102、当线路潮流方向与线路传输灵活性需求方向两者相同时，上式(29)中分别如式(31)所示：
103、
104、式(31)中：与分别为t时刻线路s的向下和向上传输灵活性裕量；pl,s,t为t时刻线路s的潮流功率；plmax,s为线路s的最大传输功率；分别为t时刻线路s的灵活性向上和向下传输需求。
105、步骤二中，资源灵活性约束，如式(32)所示：
106、
107、式(32)中：与分别为t时刻系统的向下和向上资源灵活性裕量。
108、上式(32)中，与分别如下式(33)所示：
109、
110、式(33)中：与分别为t时刻系统的向下、向上资源灵活性裕量；分别为t时刻火电机组的向上、向下灵活性供给；分别为t时刻第i个碳捕集机组的向上、向下灵活性供给；分别为t时刻的抽水蓄能机组向上、向下灵活性供给；分别为t时刻节点i的idr向上、向下灵活性供给；分别为t时刻节点i的向上、向下灵活性需求；ng、nl、n分别为发电机节点数量、负荷节点数量和总节点数。
111、步骤三：在改进的ieee30节点仿真模拟运行工况。将本发明提出的调度方案与其他调度方案作对比，具体是：
112、在改进的ieee30节点系统中仿真模拟各种方案下的调度结果。在改进的ieee30节点系统中加入碳捕集机组和抽水蓄能机组，设置4种不同方案，分别验证考虑需求响应后的调度效果，以及考虑线路传输灵活性约束对调度结果的影响。
113、本发明提出的两阶段低碳灵活调度方法在源荷两侧同时进行调度的同时，考虑线路传输灵活性约束，综合经济性和灵活性得到最优的调度结果，得到的方案减少了经济成本，降低了碳排放，提高了风光消纳率。
114、本发明一种考虑需求响应的碳捕集-风光火蓄联合系统的两阶段调度方法，技术效果如下：
115、1)本发明基于碳捕集电厂，需求响应和抽水蓄能的单独的运行特性，分析了三者联合运行时不同负荷时段的运行机理。
116、2)基于前面分析的结果，提出两阶段低碳灵活调度方法，为了全面地表现模型的有效性，分别设置不同的场景进行对比。
117、3)本发明针对新能源电力系统，提出一种两阶段低碳灵活调度方法。在源荷两侧对系统进行灵活性调度，同时对线路传输灵活性进行考虑，在减少系统碳排放的同时，提高了系统的风光消纳能力，减少了运行成本。
1.考虑需求响应的碳捕集-风光火蓄联合系统的两阶段调度方法，其特征在于包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述考虑需求响应的碳捕集-风光火蓄联合系统的两阶段调度方法，其特征在于：所述步骤一中，综合灵活运行的碳捕集机组的净出力分析如下：
3.根据权利要求2所述考虑需求响应的碳捕集-风光火蓄联合系统的两阶段调度方法，其特征在于：pdr通过采用分时电价的策略来引导用户的用电行为，减小负荷的波动，各时段电价与负荷变化量的关系式用式(4)表示：
4.根据权利要求3所述考虑需求响应的碳捕集-风光火蓄联合系统的两阶段调度方法，其特征在于：所述步骤一中，抽水蓄能能够较高地完成削峰填谷的任务，其在运行过程中有两种工作状态，需要满足工况转换约束如式(5)所示：
5.根据权利要求4所述考虑需求响应的碳捕集-风光火蓄联合系统的两阶段调度方法，其特征在于：所述步骤一中，碳捕集机组、抽水蓄能机组以及需求响应三者联合运行的运行特性分析如下：
6.根据权利要求1所述考虑需求响应的碳捕集-风光火蓄联合系统的两阶段调度方法，其特征在于：所述步骤二中，节点灵活性需求来源于净负荷的波动和风光、负荷的预测误差；各时刻节点的净负荷和灵活性需求，如式(7)所示：
7.根据权利要求6所述考虑需求响应的碳捕集-风光火蓄联合系统的两阶段调度方法，其特征在于：两阶段低碳灵活调度方法如下：
8.根据权利要求7所述考虑需求响应的碳捕集-风光火蓄联合系统的两阶段调度方法，其特征在于：火电机组的煤耗成本cm，如式(16)所示：
9.根据权利要求8所述考虑需求响应的碳捕集-风光火蓄联合系统的两阶段调度方法，其特征在于：考虑线路传输能力对系统灵活性调度的影响，是通过线路的传输容量是否满足各节点的灵活性需求映射到各条支路上的需求之和来进行判断的；探讨灵活性需求时，一般分为向上和向下两个方向，线路的传输灵活性约束如式(29)所示：
10.根据权利要求1所述考虑需求响应的碳捕集-风光火蓄联合系统的两阶段调度方法，其特征在于：还包括步骤三：在改进的ieee30节点系统中仿真模拟各种方案下的调度结果；
